package Algorithm.Kruskal;

public class KruskalCase {

    //边的个数
    private int edgeNum;
    //顶点数组
    private char[] vertexs;
    //邻接矩阵
    private int[][] matrix;
    //使用INF表示两个顶点不能联通
    private static final int INF = Integer.MAX_VALUE;

    public static void main(String[] args) {
        char[] vertexs = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        //克洛斯卡尔邻接矩阵
        int[][] matrix = {
                {0, 12, INF, INF, INF, 16, 14},
                {12, 0, 10, INF, INF, 7, INF},
                {INF, 10, 0, 3, 5, 6, INF},
                {INF, INF, 3, 0, 4, INF, INF},
                {INF, INF, 5, 4, 0, 2, 8},
                {16, 7, 6, INF, 2, 0, 9},
                {14, INF, INF, INF, 8, 9, 0}
        };
        //创建克洛斯卡尔对象实例
        KruskalCase kruskalCase = new KruskalCase(vertexs, matrix);
        //输出
        kruskalCase.print();

        //验证排序
        //EData[] edges = kruskalCase.getEdges();
        //System.out.println("排序前 = " + Arrays.toString(kruskalCase.getEdges()));
        //kruskalCase.sortEdges(edges);
        //System.out.println("排序后 = " + Arrays.toString(kruskalCase.getEdges()));
        //排序验证成功

        //验证一共有多少条边
        kruskalCase.kruskal();
    }

    //构造器
    public KruskalCase(char[] vertexs, int[][] matrix) {
        //初始化顶点数和边的个数
        int vlen = vertexs.length;

        //初始化顶点 复制拷贝
        this.vertexs = new char[vlen];
        for (int i = 0 ; i < vertexs.length ; i++) {
            this.vertexs[i] = vertexs[i];
        }

        //初始化边 复制拷贝
        this.matrix = new int[vlen][vlen];
        for (int i = 0 ; i < vlen ; i++) {
            for (int j = 0 ; j < vlen ; j++) {
                this.matrix[i][j] = matrix[i][j];
            }
        }
        //统计边
        for (int i = 0 ; i < vlen ; i++) {
            for (int j = i + 1 ; j < vlen ; j++) {
                if (this.matrix[i][j] != INF) {
                    edgeNum++;
                }
            }
        }
    }

    //打印邻接矩阵
    public void print() {
        System.out.println("邻接矩阵为:\n");
        for (int i = 0 ; i < vertexs.length ; i++) {
            for (int j = 0 ; j < vertexs.length ; j++) {
                System.out.printf("%12d\t", matrix[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    //对边的长度进行排序
    //edges 边的集合
    private void sortEdges(EData[] edges) {
        for (int i = 0 ; i < edges.length - 1 ; i++) {
            for (int j = 0 ; j < edges.length - 1 - i; j++) {
                if (edges[j].weight > edges[j + 1].weight) {//交换
                    EData tmp = edges[j];
                    edges[j] = edges[j + 1];
                    edges[j + 1] = tmp;
                }
            }
        }
    }

    //ch 顶点的值 比如'A'
    //返回ch顶点对应的下标 如果找不到 返回-1
    private int getPosition(char ch) {
        for (int i = 0 ; i < vertexs.length ; i++) {
            if (vertexs[i] == ch) {//找到
                return i;
            }
        }
        //找不到
        return -1;
    }

    //获取图中的边 放到EData数组中 后面我们需要遍历该数组
    //是通过matrix 邻接矩阵来获取
    //EData[]形式 [['A', 'B', 12], ['B', 'F', 7], ...]
    private EData[] getEdges() {
        int index = 0;
        EData[] edges= new EData[edgeNum];
        for (int i = 0 ; i < vertexs.length ; i++) {
            for (int j = i + 1 ; j < vertexs.length ; j++) {
                if (matrix[i][j] != INF) {
                    edges[index++] = new EData(vertexs[i], vertexs[j], matrix[i][j]);
                }
            }
        }
        return edges;
    }

    /**
     * 功能:获取下标为i的顶点的终点 用于后面判断两个顶点的终点是否相同
     * @param ends 数组就是记录了各个顶点对应的顶点是哪个 end数组是在遍历过程中逐步形成的
     * @param i 传入的顶点对应的下标
     * @return 返回的就是下标为i的这个顶点对应的终点下标
     */
    private int getEnd(int[] ends, int i) {
        while (ends[i] != 0) {
            i = ends[i];
        }
        //如果当前点还没有加入的时候 终点就认为是它自己
        return i;
    }

    public void kruskal() {
        //表示最后结果数组的索引
        int index = 0;
        //用于保存已有最小生成树中的每个顶点在最小生成树中的终点
        int[] ends = new int[edgeNum];
        //创建结果数组 保存最后的最小生成树
        EData[] results = new EData[edgeNum];

        //获取图中所有的边的集合 一共有12条边
        EData[] edges = getEdges();

        //验证边数
        //System.out.println("图的边的集合 = " + Arrays.toString(edges) + " 共 " + edges.length);

        //按照边的权值大小排序
        sortEdges(edges);

        //遍历edges数组 将边添加到最小生成树中 判断准备加入的边是否形成了回路
        //如果没有 就加入results 否则不能加入
        for (int i = 0 ; i < edgeNum ; i++) {
            //获取到第i条边的第一个顶点(起点)
            int p1 = getPosition(edges[i].start);
            //获取到第i条边的第二个顶点(终点)
            int p2 = getPosition(edges[i].end);

            //获取p1这个顶点在我们已有的最小生成树中的终点
            int m = getEnd(ends, p1);
            //获取p2这个顶点在已有最小生成树中的终点
            int n = getEnd(ends, p2);

            //是否构成回路
            if (m != n) {//没有构成回路
                //设置m 在已有最小生成树中的终点
                ends[m] = n;
                //ends[n] = n;//这句没有必要写 因为终点如果不动的话 还是0 检验终点的时候 返回的还是i也即是自己
                //有一条边加入results数组
                results[index++] = edges[i];
            }
        }
        //统计并打印最小生成树
        System.out.println("最小生成树为 = ");
        for (int i = 0 ; i < index ; i++) {
            System.out.println(results[i]);
        }
    }
}

//创建一个EData 它的对象实例就表示一条边
class EData {
    //边的一个点
    char start;
    //边的另外一个点
    char end;
    //权值
    int weight;

    //构造器
    public EData(char start, char end, int weight) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.weight = weight;
    }

    //重写toString 便于输出边
    @Override
    public String toString() {
        return "EData{" +
                "start=" + start +
                ", end=" + end +
                ", weight=" + weight +
                '}';
    }
}